Интерфейс RS-485 в ZETSENSOR

Команда Read Holding Registers (0x03) предназначена для чтения одного или нескольких последовательных регистров хранения. В запросе указываются адрес первого регистра и их количество, а в ответе — сами значения регистров. Количество регистров, выдаваемых в ответе, может быть меньше запрошенного. Значение каждого регистра в ответе указывается в порядке big-endian.

Формат команды Read Input Register (0x04) совпадает с форматом команды Read Holding Registers (0x03), только вместо регистров хранения, соответствующих вкладкам, запрашиваются регистры ввода, накапливаемые во внутреннем буфере по каждому каналу.

Команда Write Multiple Registers (0x10) предназначена для изменения значений одного или нескольких последовательных регистров хранения.

Значение каждого регистра в запросе указывается в порядке big-endian.

В протоколе Modbus все данные передаются через 16-битные регистры, поэтому, например, для передачи числа типа long требуется два регистра, при этом первый регистр содержит младшие два байта числа, а второй — старшие два байта. Если поле является массивом (количество чисел 2 или более), то все числа массива расположены в памяти друг за другом.

Текстовые символы всегда хранятся не сами по себе, а в составе текстовых строк — массивов, причем количество символов всегда четное. В памяти текстовая строка занимает фиксированное количество байтов (и регистров), но содержащийся в ней текст может быть короче — до первого нулевого символа. Для передачи текстовой строки размером N символов требуется N/2 регистров, при этом каждый следующий регистр содержит очередные два символа строки.

В устройстве организовано две области памяти:

1. настройки — чтение и запись, доступ через регистры хранения (Holding Registers);
2. выходные данные — только чтение, доступ через регистры ввода (Input Registers).

Все настройки устройства сгруппированы по вкладкам. Каждая вкладка имеет название и состоит из полей. Вкладки расположены друг за другом в одной общей области памяти. Доступ к этой области осуществляется через регистры хранения (Holding Registers), с помощью команд Read Holding Registers и Write Multiple Registers.

Адресация регистров начинается с нуля, количество регистров, соответствующих каждой вкладке, зависит от ее размера.

Состав вкладок зависит от типа цифрового модуля (а зачастую и от версии прошивки). Полную и актуальную таблицу регистров конкретного устройства можно получить с помощью программы «Сервисная работа с ZET7xxx».

Примеры сгенерированных таблиц доступны на файловом ресурсе ZETLAB на FTP сервере.

Например, для цифрового модуля ZET 7060 таблица регистров может выглядеть следующим образом: Таблица адресов модуля ZET 7060

Чтение регистров можно производить в любом порядке и в любом количестве (но не более 120 регистров за одну команду), при этом можно переходить через границы вкладок, то есть, одной командой запросить содержимое регистров, относящихся к нескольким соседним вкладкам.

Для изменения настроек недостаточно просто отправить команду записи соответствующих регистров. Вместо этого требуется выполнить так называемую транзакцию изменения, состоящую из трех или более команд Write Multiple Registers. Это необходимо для обеспечения целостности вкладок.

Транзакция изменения всегда затрагивает только одну вкладку. Если требуется изменить настройки из нескольких вкладок, то нужно выполнить как минимум по одной транзакции на каждую вкладку.

Транзакция изменения состоит из следующих этапов:

1. начало транзакции (одна команда Write Multiple Registers);
2. тело транзакции (одна или несколько команд Write Multiple Registers);
3. завершение транзакции (одна команда Write Multiple Registers).

На всю транзакцию отводится не более 10 секунд. Если после начала транзакции отведенное время истечет до ее завершения, то вся транзакция будет отменена. 

Начало транзакции — это запись значения 0x0001 в поле write_enable . Чтобы получить адрес регистра write_enable, нужно к адресу самой вкладки прибавить 0x02.

Тело транзакции — это запись самих настроек. Изменять можно как одно поле вкладки, так и несколько, как одной командой записи, так и несколькими, но все в пределах одной вкладки.

Завершение транзакции — это запись значения 0x0003 в поле write_enable, а также нового значения контрольной суммы (поле crc  в заголовке).

Контрольная сумма рассчитывается по тому же алгоритму CRC16, что используется в пакетах Modbus RTU, но в «перевернутом» виде — старшим байтов вперед.

В расчете контрольной участвуют три последовательности байтов:

1. восемь байтов серийного номера;
2. первые шесть байтов заголовка вкладки (весь заголовок кроме поля crc);
3. новое содержимое вкладки после заголовка (с восьмого по последний байты вкладки)

Как видно, для выполнения транзакции требуется знать серийный номер и содержимое вкладки. Серийный номер достаточно знать заранее или вычитать один раз перед началом работы с цифровым модулем. Серийный номер имеет тип longlong и доступен по адресу 0x06.

Содержимое вкладки можно либо считать один раз и хранить в памяти программы (рекомендуется), либо просто считывать перед каждым изменением. Для чтения вкладки обычно требуется две команды чтения: первой командой считывается размер вкладки в байтах (это самый первый регистр вкладки, точнее, его младшие 12 битов), а второй командой — вся вкладка.

В качестве примера возьмем цифровой модуль ZET 7060 и попробуем изменить в нем вкладку «Порт» (адрес 0x100), а именно — установить частоту дискретизации 10 Гц (адрес поля — 0x104).

Запрос № 1. Считываем серийный номер устройства.

Запрос № 2. Считываем размер вкладки «Порт»

Получаем размер вкладки — 44 байта, или 22 регистра.

Запрос № 3. Считываем содержимое вкладки «Порт».

Получаем содержимое вкладки «Порт» (в виде последовательности байтов):

2C 40 7E 00 00 00 96 62 00 00 80 3F 01 00 00 00 01 00 00 00 01 00 00 00 01 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00

Видно также, что текущее значение частоты дискретизации — 1 Гц.

Запрос № 4. Начинаем транзакцию изменения.

Запрос № 5. Выполняем тело транзакции — устанавливаем необходимое значение.

В ответ должен прийти пакет с подтверждением записи, в котором поля func, addr и quant будут совпадать с аналогичными полями из запроса.

Запрос № 6. Завершаем транзакцию.

Перед тем, как отправить запрос на завершение транзакции, требуется вычислить правильную контрольную сумму. Для этого подаем на вход функции расчета суммы следующие последовательности байтов:

В ответ должен прийти пакет с подтверждением записи, в котором поля func, addr и quant будут совпадать с аналогичными полями из запроса.

Если все запросы были сделаны правильно и за отведенное время, то при следующих запросах чтения вкладки «Порт» будет считываться установленное значение частоты дискретизации — 10 Гц. Если же транзакция был отклонена по какой-либо причине, то считываться будет старое значение — 1 Гц.

Кроме этого, так как установленное значение влияет на частоту выдачи данных по каналам, то во вкладках «Канал 1», «Канал 2», «Канал 3» и «Канал 4» поле «Частота обновления выходного сигнала» также примет новое значение 10 Гц.

Выходные данные имеют тип float и накапливаются во внутренних буферах цифрового модуля, по одному на каждый имеющийся измерительный канал. Скорость накопления данных в буфере соответствует частоте выдачи данных по каналу.

Для получения выходных данных используется команда Read Input Register, при этом каждому каналу (буферу) отводится один регистр ввода. Адрес регистра ввода совпадает с адресом регистра хранения, соответствующего полю «Текущее значение канала». Обычно адрес регистра ввода для первого канала равен 0x14, для второго канала, если он есть, — 0x3A (0x14 + 0x26), для третьего — 0x60 (0x3A + 0x26), и так далее.

В одной команде можно запросить до 60 чисел float (или 120 регистров), при этом в ответе будет выдано столько чисел, сколько накоплено во внутреннем буфере к моменту запроса. Если буфер пуст, то будет выдан пустой ответ (len = 0).

Буфер рассчитан на хранение не более 15 секунд последних данных (или даже меньше — при достаточно большой частоте выдачи данных). Устаревшие данные будут потеряны, если скорость чтения данных будет ниже, чем скорость их накопления.